多孔NiAl/Al2TiO5复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多孔NiAl/Al2TiO5复合材料以及制备方法，它是以工业纯的Ni、Al、TiO2、Al2O3粉末为原料，首先通过高温烧结反应TiO2+Al2O3→Al2TiO5，合成Al2TiO5，再将破碎后的Al2TiO5与Ni、Al粉末混合，并加入C粉做造孔剂兼作发热剂，均匀混合后压制成坯体，通过自蔓延高温合成反应生成由NiAl和Al2TiO5两相组成的多孔复合材料。这种多孔复合材料材料的强度、孔隙率、热膨胀系数调节范围大，生产工艺简单，成品率高，可用作催化、环境净化中的载体和过滤体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多孔材料及其制备工艺，尤其是一种多孔的NiAVAl2TiO5复合材料及其制备方法，属于材料合成与加工领域。
技术介绍
当今，减少汽车尾气排放保护环境是全球范围内关注的焦点。目前，对汽车尾气净化用的催化剂载体材料主要有陶瓷和金属两类。为了固定催化剂，通常在载体表面均勻地涂覆一层高比表面积的Y-Al2O3涂层，然后再把贵金属活性催化剂成分附载在其表面上。 对于金属载体，因为Y -Al2O3涂层与金属基体的热膨胀系数有较大的差异，易使涂层和催化剂从载体上脱落，从而失去催化净化效果。而对于陶瓷载体，得到广泛应用的是堇青石和碳化硅陶瓷载体材料，其结构是蜂窝状，称为蜂窝陶瓷载体。因为堇青石载体材料的热导率、强度不足，导致汽车冷启动时催化剂起燃慢，汽车行驶颠簸时容易破碎等问题。碳化硅载体材料尽管导热率高，强度高，耐高温性好，但线涨系数大，耐热冲击性差。加之目前催化剂载体的制备工艺，使得催化剂载体的壁面均为光滑平直的，不利于催化剂的负载。因此， 目前在用的催化剂载体从材料自身的性能到载体的制备工艺，都难以满足日益严苛的汽车尾气排放技术要求，开发性能优异的载体材料及孔型理想的制备工艺具有重要意义。镍-铝金属间化合物-NiAl材料具有良好耐高温性、导热及导电性，被广泛用作高温结构件和耐高温涂层，钛酸铝-Al2TiO5M料是集低膨胀系数和高熔点为一体的陶瓷材料，且具有抗渣、耐蚀、耐碱和对多种金属及玻璃的不浸润的特点，被广泛应用于抗热震、耐高温、耐磨损、抗腐蚀、抗碱等条件苛刻的环境，特别是要求高抗热震的场合。如果将MAl和Α12 05材料做成多孔结构，都能满足催化剂载体的两种或者以上重要性能要求。中国专利CN200410046492. 4提出了以Ni、Al元素粉末为原料，采用能耗低、工艺简单的自蔓延高温合成技术，获得MAl金属间化合物多孔材料，用于催化剂载体。中国专利CN200780045679. 4专利技术了一种Al2TiO5质蜂窝状陶瓷的制造方法，此方法是以TiO2和 Al2O3粉末为原料制成坯体后进行烧结，得到直通孔的Al2TiO5质蜂窝陶瓷载体。日本专利 2005-519834和W02005/018776，公开了通过调整TW2和Al2O3粉末的配比、加入添加剂等， 抑制Al2TiO5的热分解，提高抗压强度的技术。上述专利虽然通过不同方法合成NiAl或者Al2TiO5,并制成了不同孔型的多孔材料。但存在下列缺点(1)纯粹的NiAl金属间化合物材料或者Α12 05陶瓷材料，很难满足汽车尾气净化器载体的耐高温性、导热性以及抗热振性等综合性能要求；( 多孔材料的孔隙率和热膨胀系数调节范围小，应用领域有限。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术的不足，提供一种由NiAl和Al2TiO5组成的多孔NiAl/ Al2TiO5复合材料，以及合成这种多孔复合材料的方法。为达到上述目的，本专利技术的多孔复合材料是以工业纯的Ni、Al、Ti02、Al2O3粉末为原料，首先通过高温烧结反应TiA+Al203 — Al2TiO5,合成Al2TiO5,再将破碎后的Al2TiO5 与Ni、Al粉末混合，并加入一定量的C粉做造孔剂兼作发热剂，均勻混合后压制成坯体，通过自蔓延高温合成反应生成由NiAl和Al2TiO5两相组成的多孔复合材料。在合成 NiAVAl2TiO5复合材料的同时，又获得具有三维连通孔洞的多孔结构。这种多孔复合材料孔隙率33 61 %，抗压强度4. 4 17. 5Mpa,温度20 600°C的热膨胀系数为7. 8 13. 7X1(T6,C。反应式为Ni+Al+Al2Ti05 — NiAl+Al2Ti05①这种多孔NiAVAl2TiO5复合材料材料的强度、孔隙率、热膨胀系数调节范围大，生产工艺简单，成品率高，多孔材料可用作催化、环境净化中的载体和过滤体。本专利技术的多孔复合材料制备方法如下第一步备好工业纯的Ni、Al、Ti02、Al203、C粉末原料，其中Ni、Ti02、Al203、C粉末粒度为200目，Al粉粒度为100目。第二步=Al2TiO5粉末合成将Ti02、Al203粉末按照摩尔比TiO2 Al2O3=I 1称量，混合后装入模具中，采用模压成型方法压制成圆柱形压坯，通过烧结反应获得产物Al2TiO5,再将烧结的Al2TiO5坯体破碎，磨成粉末备用；第三步Ni+Al粉末配制将Ni、Al粉末按照摩尔比Ni Al = 1 1 (mol)称量，混合后备用，混合粉末标注为(Ni+Al)；第四步反应物料配制将上述获得的Al2TiO5粉末与(Ni+Al)粉末按照反应式③配成反应物料，公式③中 χ为反应体系中Al2TiO5的质量百分比，本专利技术中χ为10-40%，S卩(Ni+Al) Al2TiO5(wt%) =(60 90) (10 40)；(Ni+Al)+χ Al2TiO5 — NiAl+x Al2TiO5③在这种反应物料中，(Ni+Al)作为反应剂，Al2TiO5既是添加剂也兼作自蔓延高温合成反应的稀释剂。第五步反应物料混合采用湿法混合，即向步骤(4)称量好的反应物料中加入无水乙醇，边加入边搅动， 混合成泥状物，装入模具中，采用模压成型方法，制成圆柱形压坯。第六步反应物料的干燥和预热将反应物料压坯放在干燥箱中保温，使物料乙醇挥发干燥；再将干燥好的压坯放入真空炉中进行预热，使乙醇完全挥发；第七步反应合成获得多孔NiAVAl2TiO5复合材料用通电钨丝与预热的压坯接触，引发自蔓延高温合成反应获得多孔NiAVAl2TiO5 复合材料，反应后的产物为多孔状，孔洞为三位连通的通孔，产物外型与原坯相比尺寸变化少，形状接近；产物物相由NiAl、Al2TiO5两相组成，即为多孔的NiAVAl2TiO5复合材料；多孔材料孔隙率33 61 %，抗压强度4. 4 17. 5Mpa,温度20 600°C的热膨胀系数为7. 8 13. 7X1(T6/°C。本专利技术更详细的制备方法如下第一步粉末原料准备备好工业纯的Ni、Al、Ti02、A1203、C粉末原料，其中Ni、Ti02、A1203、C粉末粒度为 200目，Al粉粒度为100目。第二步=Al2TiO5粉末合成将Ti02、Al203粉末按照摩尔比TiO2 Al2O3=I 1 (mol)称量，在行星球磨机上混合4小时，装入模具中，采用模压成型方法，施加50MPa的压力制成Φ 20mm、高20mm的圆柱形压坯。将压胚放在电阻炉中烧结，烧结工艺1450°C X !，通过烧结反应Ti02+Al203 ^ Al2TiO5②先获得产物Al2TiO5,再将烧结的Al2TiO5坯体破碎，球磨成粒度为200目的粉末备用；第三步Ni+Al粉末配制将Ni、Al粉末按照摩尔比Ni Al = 1 1 (mol)称量，在行星球磨机上混合4小时后备用，混合粉末标注为(Ni+Al)；第四步反应物料配制将上述获得的Al2TiO5粉末与(Ni+Al)粉末按照反应式③配成反应物料，同时加入 (Ni+Al)+XAl2TiO5粉末总质量5 15%的C粉;(Ni+Al)+χ Al2TiO5 — NiAl+x Al2TiO5③式中，χ为10-40 %，表示反应体系中Al2TiO5的质量百分比，即 (Ni+Al)本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种多孔ＮｉＡｌ／Ａｌ２ＴｉＯ５复合材料，其特征在于，它是以工业纯的Ｎｉ、Ａｌ、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３粉末为原料，首先通过高温烧结反应ＴｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３→Ａｌ２ＴｉＯ５，合成Ａｌ２ＴｉＯ５，再将破碎后的Ａｌ２ＴｉＯ５与Ｎｉ、Ａｌ粉末混合，并加入Ｃ粉做造孔剂兼作发热剂，均匀混合后压制成坯体，通过自蔓延高温合成反应生成由ＮｉＡｌ和Ａｌ２ＴｉＯ５两相组成的多孔复合材料，这种多孔复合材料具有三维连通孔洞的多孔结构，孔隙率为３３～６１％，抗压强度为４．４～１７．５Ｍｐａ，温度２０～６００℃的热膨胀系数为７．８～１３．７×１０－６／℃；反应式为Ｎｉ＋Ａｌ＋Ａｌ２ＴｉＯ５→ＮｉＡｌ＋Ａｌ２ＴｉＯ５。

【技术特征摘要】
1.一种多孔NiAVAl2TiO5复合材料，其特征在于，它是以工业纯的Ni、Al、TiO2, Al2O3 粉末为原料，首先通过高温烧结反应Ti&+Al203 — Al2TiO5,合成Al2TiO5,再将破碎后的 Al2TiO5与Ni、A1粉末混合，并加入C粉做造孔剂兼作发热剂，均勻混合后压制成坯体，通过自蔓延高温合成反应生成由NiAl和Al2TiO5两相组成的多孔复合材料，这种多孔复合材料具有三维连通孔洞的多孔结构，孔隙率为33 61 %，抗压强度为4. 4 17. 5Mpa,温度20 600°C的热膨胀系数为7. 8 13. 7X 10-6/oC ；反应式为Ni+Al+Al2Ti05 — NiAl+Al2Ti05。2.一种制备如权利要求1所述的多孔复合材料的方法，其特征在于，步骤如下 第一步备好工业纯的Ni、Al、TiO2,Al2O3^C粉末原料，其中Ni、Ti02、A1203、C粉末粒度为200目，Al粉粒度为100目； 第二步=Al2TiO5粉末合成将Ti02、Al203粉末按照摩尔比TW2 Al2O3 = 1 1称量，混合后装入模具中，采用模压成型方法压制成圆柱形压坯，通过烧结反应获得产物Al2TiO5,再将烧结的Al2TiO5坯体破碎，磨成粉末备用；第三步Ni+Al粉末配制将Ni、Al粉末按照摩尔比Ni Al = 1 l(mol)称量，混合后备用，混合粉末标注为 (Ni+Al)；第四步反应物料配制将上述获得的Al2TiO5粉末与(Ni+Al)粉末按照(Ni+Al) Al2TiO5(wt% ) = (60 90) (10 40)进行配比； 第五步反应物料混合向步骤四称量好的反应物料中加入无水乙醇，边加入边搅动，混合成泥状物，装入模具中，采用模压成型方法，制成圆柱形压坯； 第六步反应物料的干燥和预热将反应物料压坯放在干燥箱中保温，使物料乙醇挥发干燥；再将干燥好的压坯放入真空炉中进行预热，使乙醇完全挥发；第七步反应合成获得多孔NiAVAl2TiO5复合材料用通电钨丝与预热的压坯接触，引发自蔓延高温合成反应获得多孔NiAVAl2TiO5复合材料，反应后的产物为多孔状，孔洞为三位连通的通孔，多孔材料孔隙率33 61 %，抗压强度4. 4 17. 5Mpa，温度20 600°C的热膨胀系数为7. 8 13. 7X10_7°C。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤如下 第一步粉末原料准备备好工业纯的Ni、Al、TiO2, A1203、C粉末原料，其中Ni、TiO2, A1203、C粉末粒度为200 目，Al粉粒度为100目；第二步=Al2TiO5粉末合成将Ti02、Al203粉末按照摩尔比TiO2 Al2O3=I l(mol)称量，在行星球磨机上混合 4小时，装入模具中，采用模压成型方法，施加50MPa的压力制成Φ20πιπι、高20mm的圆柱形压坯。将压胚放在电阻炉中烧结，烧结工艺1450°C X !，通过烧结反应 Ti02+Al203 — Al2TiO5先获得产物Al2TiO5，再将烧结的Al2TiO5坯体破碎，球磨成粒度为200目的粉末备用； 第三步Ni+Al粉末配制将Ni、Al粉末按照摩尔比Ni Al = I l(mol)称量，在行星球磨机上混合4小时后备用，混合粉末标注为(Ni+Al)； 第四步反应物料配制将上述获得的A...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔洪芝，曹丽丽，葛传良，姜琳，谷征征，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：95